해양 지각

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1. 개요
2. 구조
3. 지구화학
4. 특성
5. 생성과 소멸
6. 지자기 무늬
7. 한국 주변 해양 지각
8. 같이 보기
9. 참고 문헌
참조

1. 개요

해양 지각은 해양 아래에 있는 지구의 최외각 층으로, 구조는 퇴적층, 현무암질층, 반려암질층의 세 층으로 나뉜다. 해양 지각을 이루는 암석은 주로 중앙 해령에서 생성되는 현무암이며, 해령에서 멀어질수록 나이가 많아진다. 해양 지각은 해령에서 생성되어 섭입대에서 소멸되며, 생성과 소멸의 반복을 통해 지구의 지자기 무늬를 형성한다. 해양 지각의 생성과 소멸 과정은 윌슨 순환으로 설명되며, 해양 지각의 나이와 깊이는 해양 지각의 특성을 이해하는 데 중요한 요소로 작용한다.

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해양 지각
지도
개요
구성 요소	현무암 규장질 화산암 퇴적암
두께	약 7km (평균)
밀도	2.9~3.0g/cm³
주요 구성 광물	감람석 휘석 사장석
형성 장소	해령 확장 경계
지질학적 특징	상대적으로 균질한 화학 성분 맨틀에서 용융된 물질로 형성 판 구조론에서 중요한 역할
층 구조	1층: 퇴적물 층 2층: 베개 모양 현무암 및 관입 암맥 3층: 반려암질 화성암
생성 과정	맨틀 물질이 상승하여 부분적으로 용융 용융된 물질이 해저 화산 활동을 통해 분출 분출된 용암이 냉각되어 새로운 해양 지각 형성
층별 상세 정보
1층	주로 퇴적물로 구성 두께 변화가 큼
2층	베개 모양 현무암 관입 암맥 주로 화산암으로 구성
3층	하부 해양 지각 반려암질 화성암
기타
지구 역학적 역할	판 구조론의 중요한 부분 해구에서 섭입 지구 내부의 열 순환에 기여
연구 방법	해저 시추 탄성파 탐사 해저 지질 조사

2. 구조

해양지각의 구조는 오피올라이트를 통한 암석 성분 분석, 관측된 지진파 자료와 암석별 지진파 진행 속도 비교, 해양저 암석 채집, 굴착을 통한 지각 심부 암석 표본 채취 등 여러 방법을 통해 직간접적으로 추론한다.^[7] 해양지각은 대륙지각보다 훨씬 단순하며, 대체로 세 층으로 나뉜다.^[8] 광물 물리학 실험에 따르면, 하부 맨틀 압력에서 해양 지각은 주변 맨틀보다 밀도가 높아진다.^[9]

'''제1층 (퇴적층)'''

제1층은 평균 0.4km 두께이다. 중앙해령 근처에서는 얇거나 존재하지 않지만 해령에서 멀어질수록 두꺼워진다.^[10] 퇴적물은 일반적으로 느슨하거나 반고결되어 있다.^[10] 심해 퇴적물은 보통 석회질과 규질인 해양 생물의 작은 외골격으로 이루어져 있으며, 화산재와 탁류에 의해 운반된 육성 퇴적물로 구성될 수 있다.^[11] 대륙 주변부 근처의 퇴적물은 육지에서 유래한 육성 퇴적물이다.^[11]

'''제2층 (현무암질층)'''

제2층은 두 부분으로 나눌 수 있다.^[12] 2A층은 0.5km 두께의 최상부 화산층으로, 유리질에서 미세 결정질 현무암으로 구성되어 있으며 보통 베개 용암 형태를 띤다.^[12] 2B층은 1.5km 두께의 층으로, 돌러라이트 암맥으로 구성되어 있다.^[12]

'''제3층 (반려암질층)'''

제3층은 지표 아래에서 마그마가 천천히 냉각되어 형성되며, 조립질 반려암과 집합암 초염기성암으로 구성된다.^[13] 이 층은 거의 5km 두께로 해양 지각 부피의 3분의 2 이상을 차지한다.^[14]

2. 1. 제1층 (퇴적층)

제1층은 평균 0.4km 두께이다. 중앙해령 근처에서는 얇거나 존재하지 않지만 해령에서 멀어질수록 두꺼워진다.^[10] 퇴적물은 일반적으로 느슨하거나 반고결되어 있다.^[10] 심해 퇴적물은 보통 석회질과 규질인 해양 생물의 작은 외골격으로 이루어져 있으며, 화산재와 탁류에 의해 운반된 육성 퇴적물로 구성될 수 있다.^[11] 대륙 주변부 근처의 퇴적물은 육지에서 유래한 육성 퇴적물이다.^[11]

2. 2. 제2층 (현무암질층)

제2층은 두 부분으로 나눌 수 있다.^[12] 2A층은 0.5km 두께의 최상부 화산층으로, 유리질에서 미세 결정질 현무암으로 구성되어 있으며 보통 베개 용암 형태를 띤다.^[12] 2B층은 1.5km 두께의 층으로, 반암 암맥으로 구성되어 있다.^[12] 이 층의 두께는 약 2km이다.

2. 3. 제3층 (반려암질층)

제3층은 지표 아래에서 마그마가 천천히 냉각되어 형성되며, 조립질 반려암과 집합암 초염기성암으로 구성된다.^[13] 이 층은 거의 5km 두께로 해양 지각 부피의 3분의 2 이상을 차지한다.^[14]

3. 지구화학

해양 지각을 이루는 암석의 대부분은 중앙 해령에서 생성되는 현무암(MORB; Mid-oceanic ridge basalt)이다. 이 현무암은 칼륨 함량이 낮은 토레이아이트 마그마에서 분화된 것이다. 여기에는 반지름이 큰 호암성 원소의 이온, 가벼운 희토류 원소, 휘발성 원소 및 기타 불상용 원소(토륨, 우라늄, 니오븀, 탄탈, 납)가 적게 포함되어 있다. 불상용 원소가 풍부하게 포함된 경우가 드물게 발견되기도 하는데, 이는 갈라파고스, 아조레스 제도, 아이슬란드와 같이 열점과 중앙 해령이 겹치는 곳에서 주로 나타난다.

4. 특성

4. 1. 두께

일반적인 해양지각은 모호면까지 7km ± 1km의 두께를 가진다. 변환대나 벌어지는 속도가 낮은 해령에서는 그 두께가 0에 가까워지는 경우도 있다. 열점 근처에는 그 두께가 9km에서 12km 사이에 분포한다. 섬이나 호상열도가 있는 곳에서는 더 두꺼워져서 15km에서 30km에 이르기도 한다. 때때로 대륙 지각이 해양지각 사이에 걸려들어오는 경우가 있는데 이럴 때는 두께가 30km 이상일 때도 있다.

4. 2. 나이

해양 지각은 해령에서 지속적으로 생성된다. 해령에서 판이 갈라지면서 마그마가 상부 맨틀과 지각으로 상승한다. 판이 해령에서 멀어짐에 따라 새로 생성된 암석은 식고 침식되기 시작하며, 점차 퇴적물이 그 위에 쌓인다. 가장 젊은 해양 암석은 해령에 있으며, 해령에서 멀어질수록 점차 나이가 많아진다.^[17]

맨틀이 상승하면서 압력이 감소하고 고상선을 지나면서 식고 녹는다. 생성되는 용융체의 양은 상승하는 맨틀의 온도에만 의존한다. 따라서 대부분의 해양 지각은 두께가 7±1 km로 동일하다. 매우 느리게 확장되는 해령(<1 cm·yr⁻¹ 반속도)에서는 맨틀이 상승하면서 식을 기회가 있기 때문에 고상선을 지나 더 얕은 깊이에서 용융되어 용융체가 적게 생성되고 지각이 더 얇아진다(4–5 km). 이러한 예로 북극해 아래에 있는 가켈 해령이 있다. 플룸 위에서는 맨틀이 더 뜨겁기 때문에 고상선을 지나 더 깊은 곳에서 용융되어 용융체가 더 많이 생성되고 지각이 더 두꺼워진다. 이러한 예로 두께가 약 20 km인 지각을 가진 아이슬란드가 있다.^[18]

해양 지각의 나이를 이용하여 암석권의 (열적) 두께를 추정할 수 있다. 젊은 해양 지각은 아래 맨틀을 식힐 시간이 충분하지 않았지만, 오래된 해양 지각은 아래에 더 두꺼운 맨틀 암석권을 가지고 있다.^[19] 해양 암석권은 섭입되는데, 이는 수렴 경계라고 알려져 있다. 이러한 경계는 한 판의 해양 암석권과 다른 판의 해양 암석권 사이에, 또는 한 판의 해양 암석권과 다른 판의 대륙 암석권 사이에 존재할 수 있다. 두 번째 경우에는 대륙 암석권이 밀도가 낮기 때문에 해양 암석권이 항상 섭입된다.

생성과 소멸 과정의 특수함으로 인해 해양지각의 나이는 8천만 년 정도가 흔하다. 섭입 과정은 오래된 해양 암석권을 소모하기 때문에 2억 년 이상 된 해양 지각은 거의 없다.^[20] 해양 지각의 반복적인 생성과 파괴 과정을 통한 초대륙의 형성과 파괴 과정을 윌슨 순환이라고 한다.

가장 오래된 대규모 해양 지각은 서태평양과 북서대서양에 있으며, 모두 약 1억 8천만 년에서 2억 년 정도이다. 그러나 동지중해의 일부는 훨씬 오래된 테티스 해의 잔해일 수 있으며, 약 2억 7천만 년에서 최대 3억 4천만 년 정도이다.^[21]^[22]^[23]

4. 3. 깊이

마그마가 상승하여 해령에서 암석이 된 후에도 암석은 계속하여 식어가며, 그 과정에서 암석의 두께도 두꺼워질 뿐만 아니라 그 위의 바다의 깊이도 깊어져 해양지각의 표면이 침강해 간다. 해양저 수심측량자료를 바탕으로 나이 7천만 년 정도까지의 해양지각이 어떤 방식으로 깊어지는가를 연구하여, 해양의 깊이를 기술할 수 있는 간단한 식을 얻을 수 있다.

:

h = 2.5 + 0.35 \sqrt{t}

.

이 식은 해양지각의 나이와 중앙해령의 깊이만의 함수이다. 중앙해령의 깊이는 보통 2.5km이고, 시간 t의 단위는 백만 년, 깊이 h의 단위는 km이다. 보다 오래된 해양지각에 대하여서는 거의 깊이가 변하지 않기 때문에 지수함수(

e^{-kT}

)의 형태로 근사할 수 있다. 실제로는 예를 들어 열점이나 해도 때문에 이론과 차이를 보인다.

해령 부근은 심해저평원에 비하여 수심이 얕고, 몇몇 해령에 동반되는 수심이 상대적으로 얕은 지형은 해팽이라고 별도로 이름 붙이기도 한다. (예: 동태평양 해팽) 해령 자체는 폭이 수 km에 불과한데 반해, 해팽의 폭은 해령 좌우로 수백 km에 달할 수도 있다. 해팽의 크기는 판이 벌어지는 속도를 의미할 뿐만 아니라 해수면의 높이가 지질학적 시간 규모에서 변화했음도 알려준다. 빠른 속도로 해양지각의 발산이 일어나는 동안에는 해수면 또한 높고, 그 속도가 느릴 때에는 해수면 또한 낮아진다. 쥐라기 후기와 백악기 후기 사이에는 해수면이 지금에 비하여 270m가량 높았다.

4. 4. 지진파

P파의 속력은 약 8 km/s로 대륙 지각에서의 속력인 6 km/s보다 빠르다. 지진파는 얇고 오래되어 차가운 지각에서 더 빨리 전파된다. S파의 속도는 약 4 km/s 정도이다.

5. 생성과 소멸

해양 지각은 중앙 해령에서 끊임없이 생산된다.^[17] 해령에서 판이 멀어지면서 마그마가 상부 맨틀과 지각으로 상승한다.^[17] 판이 해령에서 멀어짐에 따라 온도가 낮아지고 무거워지며, 상부에는 퇴적물이 쌓이고 하부에는 식은 맨틀이 달라붙어 판의 두께가 두꺼워진다. 가장 젊은 해양 암석은 해령에 있으며, 해령에서 멀어질수록 점차 나이가 많아진다.^[17]

맨틀이 상승하면서 압력이 감소하고 고상선을 지나면서 식고 녹는다. 생성되는 용융체의 양은 상승하는 맨틀의 온도에만 의존하기 때문에 대부분의 해양 지각은 두께가 7±1 km로 동일하다. 매우 느리게 확장되는 해령(<1 cm·yr⁻¹ 반속도)에서는 맨틀이 상승하면서 식을 기회가 있기 때문에 고상선을 지나 더 얕은 깊이에서 용융되어 용융체가 적게 생성되고 지각이 더 얇아진다(4–5 km). 가켈 해령이 북극해 아래에 있는 이러한 예시이다.^[18] 플룸 위에서는 맨틀이 더 뜨겁기 때문에 고상선을 지나 더 깊은 곳에서 용융되어 용융체가 더 많이 생성되고 지각이 더 두꺼워지는데, 아이슬란드의 경우 두께가 약 20 km인 지각을 가진다.^[18]

해양 지각의 나이를 이용하여 암석권의 (열적) 두께를 추정할 수 있다.^[19] 해양 암석권은 섭입되는데, 이는 수렴 경계라고 알려져 있다. 해양판이 대륙판과 만나는 곳에서는 대륙판이 해양판보다 더 가볍기 때문에 해양판이 항상 섭입된다. 섭입 과정은 오래된 해양 암석권을 소모하기 때문에 해양 지각은 2억 년 이상 된 경우가 거의 없다.^[20] 해양 지각의 반복적인 생성과 파괴 과정을 통한 초대륙의 형성과 파괴 과정을 윌슨 순환이라고 한다.^[20]

가장 오래된 대규모 해양 지각은 서태평양과 북서대서양에 있으며, 모두 약 1억 8천만 년에서 2억 년 정도이다. 그러나 동지중해의 일부는 훨씬 오래된 테티스 해의 잔해일 수 있으며, 약 2억 7천만 년에서 최대 3억 4천만 년 정도이다.^[21]^[22]^[23]

6. 지자기 무늬

해양지각을 따라 고지자기 탐사를 해 보면, 해령에 평행한 띠 모양의 무늬가 나타난다. 이 무늬는 1950년대에 해양저를 구성하는 암석에 의하여 생기는 지구자기를 매핑하면서 발견되었다.^[24] 해양지각이 해령에서 생성될 때 그 때의 지자기가 암석에 기록되고, 이후 해양지각이 서로 멀어져 가면서 암석에 기록된 잔류자기가 대칭 형태로 남기 때문이다.^[24] 이로부터 지구 자기가 비정기적으로 반전되어왔음을 알게 되었다.

해양 지각은 해령과 평행하게 배열된 자기 이상선 패턴을 보이는데, 이는 현무암에 기록되어 있다. 대칭적인 양(+)과 음(-)의 자기 이상선 패턴이 중앙해령에서 방출된다.^[24] 중앙해령에서는 마그마에 의해 새로운 암석이 생성되고, 해저는 이 지점에서 확장된다. 마그마가 냉각되어 암석을 형성할 때, 그 자기극성은 당시 지구 자극의 위치에 맞춰 정렬된다.^[24] 그런 다음 새로운 마그마가 해령에서 더 오래된 냉각된 마그마를 밀어낸다. 이 과정의 결과로 번갈아 나타나는 자기 극성을 가진 해양 지각의 평행 구역이 생성된다.^[24]

7. 한국 주변 해양 지각

8. 같이 보기

9. 참고 문헌

참조

_[1] 논문 Primitive layered gabbros from fast-spreading lower oceanic crust
_[2] 서적 Ore Deposits and Mantle Plumes https://books.google[...] Springer
_[3] 서적 An Introduction to Our Dynamic Planet https://books.google[...] Cambridge University Press and The Open University 2008
_[4] 논문 Mid-ocean ridge magma chambers https://www.research[...]
_[5] 서적 The Oceans and Marine Geochemistry Elsevier
_[6] 논문 Pervasive reactive melt migration through fast-spreading lower oceanic crust (Hess Deep, equatorial Pacific Ocean)
_[7] 논문 Evolution from fore‐arc oceanic crust to island arc crust: A seismic study along the Izu‐Bonin fore arc
_[8] 논문 Oxygen isotope composition of xenoliths from the oceanic crust and volcanic edifice beneath Gran Canaria (Canary Islands): consequences for crustal contamination of ascending magmas http://www.sciencedi[...] 2003-02-14
_[9] 논문 The difficulty for subducted oceanic crust to accumulate at the Earth's core‐mantle boundary
_[10] 서적 Giant Metallic Deposits: Future Sources of Industrial Metals Springer Science & Business Media 2010-09-02
_[11] 서적 The Encyclopedia of Igneous and Metamorphic Petrology Van Nostrand Reinhold
_[12] 서적 Ophiolites and Oceanic Crust: New Insights from Field Studies and the Ocean Drilling Program Geological Society of America 2000-01-01
_[13] 논문 Primitive layered gabbros from fast-spreading lower oceanic crust
_[14] 서적 Plate Tectonics: Unraveling the Mysteries of the Earth Infobase Publishing 2014-05-14
_[15] 서적 Encyclopedia of Geochemistry Kluwer Academic Publishers
_[16] 논문 Emergence of blueschists on Earth linked to secular changes in oceanic crust composition https://ora.ox.ac.uk[...]
_[17] 웹사이트 Understanding plate motions [This Dynamic Earth, USGS] https://pubs.usgs.go[...] United States Geological Survey 2017-04-16
_[18] 서적 The Solid Earth (2nd Ed.) Cambridge University Press
_[19] 논문 Thermal structure of oceanic and continental lithosphere 2005-05
_[20] 서적 Plate Tectonics and Crustal Evolution (4th Edition) Butterworth-Heinemann Ltd.
_[21] 논문 Age, spreading rates, and spreading asymmetry of the world's ocean crust https://www.newscien[...] 2008-04
_[22] 웹사이트 World's oldest ocean crust dates back to ancient supercontinent https://www.newscien[...] 2016-08-15
_[23] 웹사이트 Researcher uncovers 340 million year-old oceanic crust in the Mediterranean Sea using magnetic data https://www.scienced[...] 2016-08-15
_[24] 논문 Magnetic anomalies in the Pacific and sea floor spreading 1968-03-15

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